Czym jest laser światłowodowy?
Laser światłowodowy to laser półprzewodnikowy, który wykorzystuje włókno szklane domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich jako ośrodek wzmocnienia, charakteryzujący się wysoką wydajnością konwersji fotoelektrycznej, prostą strukturą i dobrą jakością wiązki. Stał się głównym nurtem rozwoju technologii laserowej i zastosowań przemysłowych. Ze względu na niewielką powierzchnię światłowodu może być stosowany w szerokim zakresie okazji i ma wysoki wskaźnik wykorzystania w dziedzinie produkcji i przetwarzania w dół rzeki. Lasery światłowodowe mają wysoką adaptowalność przetwarzania i mogą być stosowane w dowolnych zastosowaniach. Ponadto jakość wiązki jest lepsza, co może zmaksymalizować efekt redukcji kosztów i poprawy wydajności dla przedsiębiorstw produkcyjnych.
Cechy lasera światłowodowego
• Odpowiednie źródło światła LD o dużej mocy i niskiej jasności w widmie absorpcyjnym pierwiastków ziem rzadkich można przepuścić przez strukturę włókna dwuwarstwowego, aby uzyskać laser jednomodowy o dużej jasności.
• Mała i elastyczna konstrukcja, wysoka sprawność konwersji i praca w trudnych warunkach dzięki dobremu systemowi chłodzenia.
• Produkcja belek o dobrej jakości, wysokiej sprawności konwersji i niskim progu.
• Moc lasera w paśmie 0.38–4 um można uzyskać, stosując różne pierwiastki ziem rzadkich. Wybór długości fali jest łatwy i dostrajalny, a zakres dostrajania jest szeroki.
• Wysoki stopień dopasowania do istniejących systemów komunikacji optycznej i dobre sprzężenie.
• Niskie koszty dzięki urządzeniom światłowodowym i światłowodom, co może znacznie obniżyć koszty strukturalne.
Kompozycja i zasada
Podobnie jak inne rodzaje laserów, laser światłowodowy składa się z 3 części: ośrodka wzmocnienia, źródła pompującego i wnęki rezonansowej. Wykorzystuje aktywne włókna domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich w rdzeniu jako ośrodek wzmocnienia. Zazwyczaj jako źródło pompujące stosuje się laser półprzewodnikowy. Wnęka rezonansowa składa się zazwyczaj z luster, powierzchni czołowych włókien, luster pętli włókien lub kratek włókiennych. Konkretny proces roboczy jest następujący: W stanie roboczym aktywne włókno (włókno wzmocnienia) pochłania energię dostarczaną przez źródło pompujące, wzmacnia wyjściowy laser po wzmocnieniu przez wnękę rezonansową złożoną z aktywnego włókna i kratki włókiennej.
Źródło nasion
Znany również jako źródło sygnału, jest obiektem wzmocnienia promieniowania w systemie wzmacniania laserowego. Laser, który dostarcza sygnał o niskiej mocy, jest używany jako „ziarno”, aby umożliwić systemowi wzmacniania wzmocnienie zgodnie ze stanem tego „ziarna”.
Aktywny światłowód
Aktywne włókno jest wykorzystywane jako ośrodek wzmocnienia, a jego funkcją jest realizacja konwersji energii światła pompującego na światło sygnałowe w celu uzyskania wzmocnienia.
Pasywny Włókno Optyczne
Pasywne włókno optyczne realizuje głównie funkcję transmisji światła i nie uczestniczy w konwersji długości fali. W systemach laserów światłowodowych występują głównie kratki światłowodowe, pasywne włókna dopasowujące w izolatorach światłowodowych i pasywne wielomodowe włókna do przesyłu energii o dużym rdzeniu w komponentach do przesyłu energii laserowej. Obecnie pasywne produkty światłowodowe krajowych dostawców mogą zasadniczo zaspokoić potrzeby produkcyjne, a tylko niewielka ilość pasywnego włókna optycznego używanego do produktów o bardzo dużej mocy nadal wymaga importowanego włókna optycznego.
Optyka lasera światłowodowego
Źródło pompy
Można go używać jako bezpośredniego źródła światła dla przemysłowych laserów półprzewodnikowych do emisji światła laserowego, a także jako źródła światła pompującego, zapewniającego światło pompujące o dużej mocy i jasności dla laserów światłowodowych.
Łącznik pomp
Lasery o wielu źródłach pompujących można łączyć ze sobą za pomocą światłowodu w celu uzyskania większej mocy wyjściowej lasera pompującego.
Łącznik energii
Może nakładać energię wielu modułów laserów światłowodowych o dużej mocy i jest głównym urządzeniem umożliwiającym łączenie wyjść wiązki laserowej wielomodowej.
Kratka z włókien
Siatka dyfrakcyjna utworzona przez osiowo okresową modulację współczynnika refrakcji rdzenia włókna za pomocą określonej metody. Należy do pasywnego urządzenia filtrującego i jest również niezbędnym elementem rezonatora. Określa długość fali wyjściowej i szerokość pasma lasera oraz może kontrolować tryb lasera i jakość wiązki.
Laser Głowa
Jest to ważny komponent, który umożliwia elastyczną transmisję wiązki lasera dużej mocy na duże odległości w miejscu zastosowania i jest kompatybilny z systemem obróbki, dzięki czemu generowany przez laser strumień lasera jest przesyłany do materiału poddawanego obróbce w celu dokończenia obróbki laserowej.
Isolator
Może skutecznie chronić laser i zapobiegać uszkodzeniu innych elementów optycznych przez światło powrotne.
Stripper
Może skutecznie usuwać światło powłoki w laserze, chronić powiązane urządzenia i poprawiać jakość wyjściowej wiązki laserowej. Modulator akustyczno-optyczny jest głównie używany wewnątrz rezonatora i moduluje wymagany impuls laserowy za pomocą technologii modulacji napędu częstotliwości radiowej. Jest to element rdzenia lasera światłowodowego Q-switched pulse.
Dopasowywanie wzorców
Główne urządzenie służące do łączenia 2 różnych typów włókien światłowodowych może zminimalizować utratę połączenia różnych typów włókien światłowodowych i zoptymalizować dopasowanie pola trybu laserowego.
Typy i zastosowania
W zależności od trybu pracy, istnieją 2 najczęściej używane typy laserów światłowodowych: laser ciągły i laser impulsowy. Może być stosowany do cięcia, spawania, grawerowania, znakowania, czyszczenia i innych scenariuszy.
Ciągły laser
Laser ciągły emituje wiązkę światła w sposób ciągły, o mocy szczytowej 120KW. Jest stosowany do cięcia, spawania, lutowania, wiercenia. Laser półciągły (QCW) jest w swej istocie nadal impulsowy, ale o dłuższej szerokości impulsu i mocy szczytowej 23KW, który jest używany do cięcia, spawania łukowego, wiercenia, lutowania, hartowania metali (poprawiając ciągliwość metalu, zmniejszając rezystancję DC), szczególnie nadaje się do zastępowania pompowanych lampą laserów YAG w zastosowaniach spawania punktowego, spawania liniowego i wiercenia. Istnieje pewne nakładanie się z ciągłym laserem w użyciu.
Laser impulsowy
Lasery impulsowe można podzielić na lasery impulsowe nanosekundowe, pikosekundowe, femto2. Laser Nano2 (dłuższa szerokość impulsu) ma moc szczytową 1 MW w ryciu, trawieniu, wierceniu, obróbce powierzchni, hartowaniu, znakowaniu. Laser Nano2 (krótsza szerokość impulsu do mikrowykańczania) jest używany do hartowania, cięcia płytek krzemowych i szkła. Laser Pico2 (szerokość impulsu osiąga poziom pico2) ma moc szczytową większą niż 10 MW, która jest używana do czernienia, cięcia szafirów i szkła, cięcia fotowoltaicznego i OLED. Laser Femto2 (szerokość impulsu do poziomu femto2) ma moc szczytową większą niż 29 MW, która jest używana do cięcia blachy, wiercenia, obróbki o wysokiej precyzji i chirurgii okulistycznej.
Koszty lasera światłowodowego
Cena maszyny do grawerowania i produkcji laserem światłowodowym wynosi $3500 do $28,500 w oparciu o moc lasera impulsowego 20W, 30W, 50W, 60W, 70W, 100W.
Wycinarka laserowa światłowodowa
Koszt maszyny do cięcia laserem światłowodowym wynosi $14,200 się $260,000 w oparciu o ciągłą moc lasera 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000Wi do 40000W.
Spawacz laserowy światłowodowy
Cena spawarki laserowej światłowodowej waha się od $5400 do $58,000 w zależności od typu, w tym spawarka przenośna (ręczny pistolet do spawania laserowego), spawarka automatyczna (sterownik CNC), spawarka robotyczna z ciągłą mocą lasera 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.
Środek czyszczący do lasera światłowodowego
Średnia cena zapłacona za nową maszynę do czyszczenia laserem światłowodowym wynosi $5000 do $19,500 w oparciu o moc lasera impulsowego 50W, 100W, 200W, 300Wi ciągłej mocy lasera 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.
